Estimer si le débit à travers une valve ou une buse cavite

Ma compréhension est que la cavitation se produit dans l'écoulement d'un liquide lorsque la pression statique tombe en dessous de la pression de vapeur, même par intermittence. Ainsi, même si la pression statique moyenne (ce que vous pourriez mesurer) est supérieure à la pression de vapeur, les fluctuations de pression dues à la turbulence ou à d'autres instabilités peuvent être suffisamment importantes pour provoquer localement la cavitation. Il n'est donc pas suffisant de comparer la pression statique moyenne dans le temps à la pression de vapeur; vous devez ajouter un coussin supplémentaire pour tenir compte des fluctuations de pression. (Ceci est mon interprétation, sans y avoir lu trop profondément.)

Ainsi, dans divers livres, sites Web et articles de revues, j'ai vu deux types différents de nombres sans dimension pour estimer si le débit à travers une valve ou une buse cavite. Ils sont généralement appelés indice de cavitation ou numéro de cavitation. Ils prennent l'une des deux formes suivantes:

ou

où est la pression d'entrée, est la pression de sortie, est la pression de vapeur, est la densité du liquide et est une vitesse caractéristique de l'écoulement (disons, dans le cas de la buse, la vitesse à la sortie). Certaines formes de ce nombre sont des inversions des nombres ci-dessus, mais ce ne sont pas si différentes.p out p vapeur ρ $p_\text{in}$$p_\text{out}$$p_\text{vapor}$$\rho$$V$

Quelle est la différence entre ces paramètres? Sur la base de la conservation de l'énergie, vous pouvez relier la chute de pression au débit, mais généralement, un coefficient empirique est ajouté pour tenir compte des non-idéalités. Y a-t-il autre chose qui me manque?

Une forme est-elle préférée à l'autre? Le mieux que je puisse dire si utiliser l'un ou l'autre dépend du type de données dont vous disposez (donc, pour l'écoulement sur une aube de turbine, la forme de la vitesse est préférée), mais j'ai vu les deux, même pour les buses.

Où puis-je obtenir des données précises pour prédire la cavitation en fonction de ces chiffres? J'ai essayé d'utiliser certaines données sur les buses d'atomisation de divers articles de journaux, mais en général, elles utilisent différentes formes de nombre de cavitation. Certaines données suggèrent que l'écoulement à travers la buse cavitera aux pressions que je veux, mais d'autres données pour des buses similaires suggèrent que ce ne sera pas le cas. Je ne sais pas quelle est la source de l'incohérence. Ma compréhension pourrait être erronée, le modèle de nombre de cavitation pourrait être trop simpliste, les données pourraient être inexactes, etc.

La différence entre les deux équations

$V$$V_{in}$$p_{in}$

Une forme est-elle préférée à l'autre?

Dans toute mon expérience dans la recherche sur la cavitation depuis de nombreuses années, nous avons presque toujours utilisé la dernière équation que vous avez mentionnée (bien que je travaille principalement dans les hydrofoils et les systèmes de propulsion). La raison en est que nous pourrions obtenir des mesures de vitesse non intrusives plus précises en utilisant la vélocimétrie laser Doppler (LDV) qu'en utilisant une méthode intrusive.

Où puis-je obtenir des données précises pour prédire la cavitation en fonction de ces chiffres?

Il est difficile d'utiliser des données expérimentales pour prédire le nombre de cavitation en raison de différences telles que l'intensité de la turbulence et la teneur en noyaux de l'air, qui sont difficiles à faire correspondre en réalité avec des méthodes de laboratoire contrôlées. Traditionnellement, dans mes cercles, cela se fait en exécutant des codes d'analyse CFD sur votre conception. Il existe deux approches différentes ici: (1) calculer le débit moyen moyen en utilisant une technique RANS ou LES, et (2) en utilisant un code de dynamique des bulles qui modélisera les noyaux de l'air, mais nécessite un champ d'écoulement (soit à partir de mesures expérimentales, soit à partir de la du modèle CFD). Si vous utilisez un modèle RANS CFD typique pour calculer le champ d'écoulement, il devrait vous donner le coefficient de pression qui a une définition très similaire au nombre de cavitation:

Si vous effectuez un calcul CFD sur votre buse, vous devriez trouver l'emplacement de la pression minimale, et c'est l'endroit où la cavitation devrait se produire. Vous pouvez déduire le nombre de cavitation de ce coefficient de pression comme:

$C_P^{min}$

Si vous voulez obtenir un nombre plus précis, vous devez considérer que la création de la cavitation nécessite trois choses à se produire en même temps: (1) une zone de pression locale qui est inférieure à la pression de vapeur de l'eau, (2) un noyau d'air qui pénètre dans cette région de basse pression, et (3) les noyaux de l'air doivent être à la basse pression pendant un temps suffisamment important pour se développer rapidement, devenir instables et donc s'effondrer. La façon dont les gens ont pu estimer plus précisément cela est en utilisant une méthode lagrangienne qui simule l'envoi de noyaux d'air à travers un ensemble de données CFD eulérien. Certains des vrais experts dans ce domaine sont les gens de Dynaflow-inc.com. Je pourrais suggérer de jeter un œil à ce document:

Chahine, GL "Nuclei Effects on Cavitation Inception and Noise", 25e Symposium on Naval Hydrodynamics, St. John's, NL, Canada, 8-13 août 2004. PDF ici

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